掃描質子微探針

掃描質子微探針（scanning proton microprobe）縮寫SPM，簡稱質子微探針，是基於物質中待測原子受微米尺度質子束激發時放出的特徵X射線的鑑別，實現對元素組成分析的技術。特點是能對微小樣品或樣品上的微小區域進行無損直觀的高靈敏度多元素分析，或高空間解析度的密度分布分析。元素相對分析靈敏度可達1微克/克，比掃描電子微探針高2—3個量級。因此，掃描質子微探針自20世紀70年代初問世於英國哈威爾實驗室以來，發展極其迅速，已成為一種重要的核分析技術。

藉助電子計算機控制掃描和數據運算，最後由計算機給出各元素在樣品中的分布。

基本介紹

• 中文名：掃描質子微探針
• 外文名：scanning proton microprobe
• 縮寫：SPM
• 簡稱：質子微探針
• 特徵：原子受質子束激發放出特徵X射線

原理

將質子加速器產生的高能質子束準直、聚焦成微米束，對樣品作掃描分析，高能質子與樣品原子相互作用而釋放出X射線，X射線的能量與強度取決於樣品微區中元素的種類含量。質子能量一般為兆電子伏量級，這一能量的質子束對大多數元素都有較高的電離截面，約為10—10厘米量級，同時在樣品中引起的軔致輻射卻比電子低得多，因此其分析靈敏度高。

方法

掃描質子微探針的關鍵是使由加速器產生的質子束的束斑尺寸（又稱空間解析度）聚焦至微米乃至亞微米量級。儘管最簡便的方法是用微孔準直器，但由此產生的微束強度太低，又無法作掃描分析。現代的掃描質子微探針均採用聚焦方法，即用兩組或數組磁四極透鏡將質子束聚焦成微米尺寸。現已能產生微米至亞微米的質子束。

掃描方式可用步進掃描和隨機掃描兩種方法。由於聚焦後的質子束的束流密度高，採用步進逐點掃描方法易使樣品局部區域產生熱損傷和輻射損傷，因此常用隨機掃描方式，使掃描範圍內各點接受束流轟擊的機率相等，從而保證被測各點的束流及測量條件相近。掃描質子微探針的實驗裝置主要由質子加速器、微束系統和分析系統等組成。

對薄樣品的掃描質子微探針的定量分析一般用內標法或薄標樣刻度法，分析精度可達5%；對厚樣品，由於基體效應和二次螢光增強效應的影響，定量分析較困難，一般通過建立理論模型和使用基本參數，無標樣定量分析軟體程式，對厚樣品進行定量元素分析。

套用

掃描質子微探針的無損、直觀、微區微量多元素分析的特點，使它在生物、環境、材料、地質、考古、法學等領域中有廣泛的套用價值。典型例子是在生命科學中的單細胞微量元素分析。單個細胞的大小一般為20—50微米，其中所含元素的相對濃度約為1—10微克/克量級，因此空間解析度達微米量級的掃描質子微探針是分析單個細胞中微量元素分布的最佳方法，亦最能體現掃描質子微探針的特色。環境科學中可實現對單顆大氣粒子的元素分析；地質科學中可用於深海錳結核中元素的微區分析；材料科學中用於大規模積體電路表面雜質的分析等。由於X射線探測器窗的吸收，掃描質子微探針無法測定原子序數小於11的元素。